CN114019561A - 一种中子探测器及探测*** - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种中子探测器及探测***,其中,中子探测器包括氮化硼半导体以及电极,氮化硼半导体具有相对设置的第一表面和第二表面,其中一个电极与第一表面接触,另一个电极与第二表面接触,由于氮化硼半导体对中子灵敏,电极配置为获取氮化硼半导体捕获中子时产生的电信号,由此,可以实现对中子进行探测的功能,该中子探测器的探测效率高。
Description
技术领域
本申请涉及中子探测技术领域,尤其涉及一种中子探测器及探测***。
背景技术
在核辐射探测器技术中,中子探测器技术广泛应用于国防、武器、科研等领域和多种大型科学装置和核设施上,现有技术中主要的中子探测器有气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器、热释光探测器、径迹探测器和自给能探测器,然而,相关技术中的中子探测器的探测效率低。
发明内容
有鉴于此,本申请实施例期望提供一种探测效率高的中子探测器及探测***。
为达到上述目的,本申请实施例的第一方面提供了一种中子探测器,包括:
氮化硼半导体,所述氮化硼半导体具有相对设置的第一表面和第二表面;
电极,所述电极为两个,其中一个所述电极与所述第一表面接触,另一个所述电极与所述第二表面接触。
一种实施方式中,所述氮化硼半导体通过低压化学气相沉积成型。
一种实施方式中,所述第一表面和所述第二表面平行设置,且所述第一表面和所述第二表面分别为所述氮化硼半导体上相对间距最小的两个表面。
一种实施方式中,所述电极为金属膜,所述金属膜通过蒸镀形成在所述第一表面和所述第二表面上。
一种实施方式中,所述金属膜的材质为金、镍或铝。
一种实施方式中,所述中子探测器包括电绝缘基座,所述氮化硼半导体固定在所述电绝缘基座上。
一种实施方式中,所述电绝缘基座的电阻范围为1012Ω-1014Ω。
一种实施方式中,所述电绝缘基座的材质为氮化铝。
一种实施方式中,所述中子探测器包括导电金属层,所述导电金属层位于所述第一表面与所述电绝缘基座之间,所述导电金属层的外形尺寸大于所述氮化硼半导体的外形尺寸。
一种实施方式中,所述导电金属层通过化学沉积形成在所述电绝缘基座上。
一种实施方式中,所述导电金属层的材质为金、镍或铝。
本申请实施例的第二方面提供了一种探测***,包括上述所述的中子探测器。
本申请实施例提供了一种中子探测器及探测***,其中,中子探测器包括氮化硼半导体以及电极,氮化硼半导体具有相对设置的第一表面和第二表面,其中一个电极与第一表面接触,另一个电极与第二表面接触,由于氮化硼半导体对中子灵敏,电极配置为获取氮化硼半导体捕获中子时产生的电信号,由此,可以实现对中子进行探测的功能,该中子探测器的探测效率高。
附图说明
图1为本申请一实施例的中子探测器的结构示意图;
图2为本申请一实施例的探测***的探测示意图。
附图标记说明
氮化硼半导体10;第二表面10a;电极20;电绝缘基座30;安装孔30a;导电金属层40;导线50;中子探测器100。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合,具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明,不应视为对本申请的不当限制。
本申请一实施例提供了一种中子探测器100,请参阅图1,包括氮化硼半导体10和电极20,氮化硼半导体10具有相对设置的第一表面和第二表面10a;电极20为两个,其中一个电极20与第一表面接触,另一个电极20与第二表面10a接触。
本申请另一实施例还提供了一种探测***,该探测***包括本申请任一实施例所提供的中子探测器100。
具体地,请参阅图2,探测***包括依次连接的中子探测器100、前置放大器、主放大器、多道脉冲分析器以及计算机,前置放大器与高压电路连接,主放大器与示波器连接。
相关技术中,中子探测一般采用He-3管,He-3管价格较为昂贵,将中子灵敏材料涂覆到硅半导体探测器上,可以实现对中子的探测,但是存在探测效率较低的问题。He-3管一般通过增加管的直径、长度和气体压力,可以提高检测灵敏度。
而本申请实施例提供的中子探测器100包括氮化硼半导体10以及电极20,请参阅图1,氮化硼半导体10具有相对设置的第一表面(图未示)和第二表面10a,其中一个电极20与第一表面接触,另一个电极20与第二表面10a接触,由于氮化硼半导体10对中子灵敏,电极20配置为获取氮化硼半导体10捕获中子时产生的电信号,由此,可以实现对中子进行探测的功能,该中子探测器100的探测效率高。
由于氮化硼半导体10具有较大的禁带宽度,氮化硼半导体10对中子灵敏,不需要像其他半导体中子探测器100一样使用额外的中子灵敏转换层,探测效率高,也可以直接测量中子计数和中子能谱,可以快速准确的反应中子剂量变化,在个人和环境中子剂量监测方面有良好的应用前景。
另外,氮化硼半导体10具有高导热率和较大的禁带宽度,并且氮化硼半导体10具有耐高温性,因此,基于氮化硼半导体10的中子探测器100能够在高温高辐射的环境下使用,与He-3气体探测器相比,本申请实施例提供的中子探测器100的耐用性能较好,且所需电压和功耗低得多,并且无需加高气压,从而减小了中子探测器100的尺寸和重量,能够使得中子探测器100的结构更加紧凑,进而使得中子探测器100的外形尺寸更加多样化,且具有更快的响应速度,提高了中子探测器100的可靠性以及降低了中子探测器100的成本。
一实施例中,氮化硼半导体10通过低压化学气相沉积(LPCVD)成型,采用低压化学气相沉积工艺生长形成氮化硼晶体,这种工艺的氮化硼晶体生长速度快,产品厚度较大且均匀,因而,采用低压化学气相沉积工艺生长形成氮化硼晶体制造的中子探测器100,具有灵敏度高以及探测效率高的优点。
一实施例中,第一表面和第二表面10a平行设置,如此设置,能够使得中子探测器内部的电场线比较规则,进而提高了中子探测器的探测效果。
在一些实施方式中,第一表面和第二表面10a也可以为不平行的状态。
可以理解的是,电极20设置在氮化硼半导体10上任意相对设置的第一表面和第二表面10a上,均可以实现对中子的探测,优选地,第一表面和第二表面10a分别为氮化硼半导体10上相对间距最小的两个表面,也就是说,电极20设置在氮化硼半导体10相对间距最小的两个表面上,此时,氮化硼半导体10捕获中子时产生的电信号输送至电极20的距离最短,因而,进一步提高了中子探测器100的灵敏度以及探测效率。
以氮化硼半导体10为长方体举例说明,该长方体具有一定长度、宽度以及厚度,厚度为1mm的氮化硼半导体10形成的中子探测器100在现有条件下可以实现约50%的热中子探测效率,厚度为3mm的氮化硼半导体10形成的中子探测器100在现有条件下可以实现约100%的热中子探测效率,由此可知,氮化硼半导体10的厚度一般较小就能满足使用需要,氮化硼半导体10的厚度相对于长度和宽度较小,因而,第一表面和第二表面10a一般为氮化硼半导体10的厚度方向上的两个面,同时,氮化硼半导体10沿相对间距较小的方向平放在承载物上能够增加与承载物的接触面积,进而会更加稳固,也就是说,以第一表面或第二表面10a的一面放置在承载物上会更加稳固。由于氮化硼半导体10的灵敏度高以及探测效率高的优点,使得该中子探测器100结构紧凑、体积小,相较于传统He-3正比计数管中子探测器100,同等探测效率中子探测器100的尺寸从几十厘米减小到约两厘米。
一实施例中,请参阅图1,电极20为金属膜,通过在第一表面和第二表面10a分别形成金属膜,通过导线50与金属膜连接,分别形成信号的引出端,其中,导线50为金属引线。
进一步地,金属膜通过蒸镀形成在第一表面和第二表面10a上,将金属蒸镀在第一表面和第二表面10a上形成金属膜,这种工艺方法能够减少金属的用量,节约了能源和材料,进而降低了成本。
可以理解的是,金属膜的材质在此不做限制,例如可以是金、镍或铝等,本申请实施例中的金属膜的材质为金,具有足够的稳定性和导电性。
在一些实施方式中,电极20还可以为喷涂在氮化硼半导体10表面的石墨形成的石墨膜。
一实施例中,请参阅图1,中子探测器100包括电绝缘基座30,通过将氮化硼半导体10固定在电绝缘基座30上,方便中子探测器100的移动以及固定。
一实施例中,电绝缘基座30的电阻范围为1012Ω-1014Ω,能够有效减小漏电流对于测量过程的干扰,进而提高中子探测器100的探测效率以及准确率,示例性地,电绝缘基座30的电阻为1013Ω。
进一步地,电绝缘基座30的材质为氮化铝,例如,采用新型超高电阻率的陶瓷材料氮化铝(AlN160)制成陶瓷板,使得该陶瓷板的电阻范围为1012Ω-1014Ω,能够有效减小漏电流对于测量过程的干扰。
一实施例中,请参阅图1,陶瓷板上设置有安装孔30a,陶瓷板通过安装孔30a安装到需要的位置,相比于引线焊接的固定方式,可以有效减小中子探测器100的振动,从而能够防止测量过程中中子探测器100的振动对于信号的干扰,进而提高了中子探测器100的探测效率以及准确率。
具体地,在陶瓷板的同一侧设置两个安装孔30a,可以通过两个安装孔30a固定或者挂接到需要的位置。
进一步地,安装孔30a设置在陶瓷板上与导线50接线处相对的一侧,可以便于导线50走线,避免陶瓷板的装配受到导线50走线的干扰。
一实施例中,请参阅图1,中子探测器100包括导电金属层40,导电金属层40位于第一表面与电绝缘基座30之间,由此,可以通过导线50与导电金属层40连接,形成第一表面上电极20的信号的引出端,可以理解的是,此时氮化硼半导体10的第一表面通过导电金属层40固定在电绝缘基座30上。
可以理解的是,请参阅图1,导电金属层40的外形尺寸大于氮化硼半导体10的外形尺寸,此时导电金属层40至少部分外露于氮化硼半导体10,也就是说,氮化硼半导体10不会完全覆盖导电金属层40,外露于氮化硼半导体10的导电金属层40方便与导线50连接,进而形成信号的引出端。
一实施例中,导电金属层40通过化学沉积形成在电绝缘基座30上,通过化学沉积的工艺与普通镀层相比,化学沉积形成在电绝缘基座30上的导电金属层40结构更加牢靠,颜色更加鲜艳,且表面易于焊接,电接触效果更好。
具体的,导电金属层40通过化学沉积形成在电绝缘基座30上后,第一表面再与导电金属层40固定连接,第一表面与导电金属层40的连接方式在此不做限制,示例性地,第一表面与导电金属层40通过导电胶粘接在一起,在具有足够连接强度的同时,还能具有一定导电性能。
可以理解的是,导电金属层40的材质在此不做限制,例如可以是金、镍或铝等,本申请实施例中的导电金属层40的材质为金,具有足够的稳定性和导电性。
本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。
以上仅为本申请的较佳实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本申请的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种中子探测器,其特征在于,包括:
氮化硼半导体(10),所述氮化硼半导体(10)具有相对设置的第一表面和第二表面(10a);
电极(20),所述电极(20)为两个,其中一个所述电极(20)与所述第一表面接触,另一个所述电极(20)与所述第二表面(10a)接触。
2.根据权利要求1所述的中子探测器,其特征在于,所述氮化硼半导体(10)通过低压化学气相沉积成型。
3.根据权利要求1所述的中子探测器,其特征在于,所述第一表面和所述第二表面(10a)平行设置,且所述第一表面和所述第二表面(10a)分别为所述氮化硼半导体(10)上相对间距最小的两个表面。
4.根据权利要求1所述的中子探测器,其特征在于,所述电极(20)为金属膜,所述金属膜通过蒸镀形成在所述第一表面和所述第二表面(10a)上。
5.根据权利要求4所述的中子探测器,其特征在于,所述金属膜的材质为金、镍或铝。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的中子探测器,其特征在于,所述中子探测器(100)包括电绝缘基座(30),所述氮化硼半导体(10)固定在所述电绝缘基座(30)上。
7.根据权利要求6所述的中子探测器,其特征在于,所述电绝缘基座(30)的电阻范围为1012Ω-1014Ω。
8.根据权利要求6所述的中子探测器,其特征在于,所述电绝缘基座(30)的材质为氮化铝。
9.根据权利要求6所述的中子探测器,其特征在于,所述中子探测器(100)包括导电金属层(40),所述导电金属层(40)位于所述第一表面与所述电绝缘基座(30)之间,所述导电金属层(40)的外形尺寸大于所述氮化硼半导体(10)的外形尺寸。
10.根据权利要求9所述的中子探测器,其特征在于,所述导电金属层(40)通过化学沉积形成在所述电绝缘基座(30)上。
11.根据权利要求9所述的中子探测器,其特征在于,所述导电金属层(40)的材质为金、镍或铝。
12.一种探测***,其特征在于,包括权利要求1-11中任一项所述的中子探测器(100)。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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